Big Data, Internet der Dinge und Vernetzung bieten neue Möglichkeiten für eine ökologische Mobilität der Zukunft. Der Forschungsverbund „Fahrzeug 5.0“ setzt dabei auf Automobile, die kontinuierlich aus den Betriebsdaten lernen und sich selbstständig optimieren. Das würde auch die Ökobilanz verbessern. Prof. Stephan Rinderknecht, Leiter des Instituts für Mechatronische Systeme im Maschinenbau (IMS) an der TU Darmstadt will mit neuen Methoden den „ökologischen Fußabdruck“ eines Fahrzeugs unter realen Bedingungen messen. Denn, so Rinderknecht, die derzeit verwendeten Messverfahren, um den Kraftstoffverbrauch bzw. die CO2-Emissionen zu ermitteln, würden das tatsächliche Nutzerverhalten meist nicht adäquat abbilden. Und die Auswirkungen von E-Autos könnten damit überhaupt nicht erhoben werden. Deshalb arbeiten die Wissenschaftler im Rahmen des Projekts „FahrKLang“ darauf hin, die gesamte Ökobilanz – von der Produktion der Antriebskomponenten über die Energieerzeugung/-bereitstellung bis zur Entsorgung – zu eruieren. Vernetzte Daten können dabei helfen, eine stets aktualisierte Bewertung der Umweltauswirkungen eines Autos zur Verfügung zu haben. „Hierfür brauchen wir Kennzahlen, die immer auf dem neuesten Stand sind, und agile Fahrzyklen, die sich auf Basis dieser Echtzeitdaten kontinuierlich anpassen“, sagt Rinderknecht.
Das Forscherteam hat in den letzten Jahren eine ganze Reihe von Antriebskonzepten untersucht, optimiert und Potenziale verglichen. Das Ergebnis zeigt, dass ein reines Elektroauto in Deutschland bei einer derzeitigen Durchschnittsreichweite von 350 Kilometern nicht die beste Lösung ist. Denn, um es langstreckentauglich zu machen, müssten weit größere Batterien eingebaut werden, die noch sehr teuer sind und außerdem selbst eine schlechte Ökobilanz haben. Anders sieht es für Reichweiten bis zu 100 Kilometern aus, denn dort würden geringere Batteriekapazitäten ausreichen. Für lange Strecken sei es also sinnvoll, zusätzlich einen Verbrennungsmotor zur Verfügung zu haben. Plug-in-Hybride würden in diesem Szenario die größten Potenziale bieten, so die Forscher. Sobald sich allerdings die Batterieproduktion verbilligt und/oder durch technologische Entwicklung umweltfreundlicher wird, müssten die Forscher ihre Ergebnisse neu überprüfen. Weitere Aspekte wären synthetische Kraftstoffe (Power-to-Liquid) oder die Forcierung einer Kombination mit Brennstoffzellen (Wasserstoff).
Das Team um Prof. Rinderknecht hat nun aber in einer Verbindung aus E-Antrieb und Verbrennungsmotor die besten Chancen für einen effizientes, ökologisches Antriebskonzept erblickt. Der Beweis wurde im Juni 2018 mit der Präsentation des „DE-REX“ (Doppel-E-Antrieb mit Range-Extender) vorgestellt. Diese neuartige Hybrid-Architektur basiert auf einem Verbrennungsmotor und zwei im Vergleich kleinen Elektromotoren. Im Unterschied zu herkömmlichen Range-Extender-Konzepten verfügen alle drei über ein vereinfachtes automatisiertes Zweigang-Getriebe und können so mit den Antriebsachsen des Autos verbunden werden. Gegenüber einem vergleichbaren hybriden Antriebskonzept konnte dieses Modell die elektrische Leistung um mehr als 40 % verringern und die elektrische Reichweite des Fahrzeugs um 10 % erhöhen. Langfristiges Ziel sei laut Rinderknecht nun, die Entwicklung eines Antriebskonzepts für ein ökologisches, smartes Universalfahrzeug. Es soll im urbanen Bereich emissionsfrei fahren können, langstreckentauglich sein, keine neuartige Infrastruktur benötigen und im Rahmen der Sektor-Kopplung auch in eine Smart-Grid bzw. Smart-Home-Architektur integrierbar sein.